“三超”光纤通讯系统技术发展与趋势展望

黄环昉 王润祺 张龙飞

摘要：“三超”，就是超高速、超大容量、超长距离。“三超”光纤通讯一直是是光通信乃至整个通信业一直奋力追求的目标。作为新型光学通信方式，“三超”光通讯刺激着下一代互联网、移动通信网络和宽带光纤传输的快速发展，同时也将成为新时代国际高科技知识产权竞争的焦点与热点。

关键词：超高速;超大容量;超长距离;光纤通信

1.引言

光纤通信作为现代通信的主要传输手段，在现代通信网络中发挥着至关重要作用。自20世纪70年代初引入光纤通信以来，整个通信行业经历了革命性的变革，使高速、大容量通信成为了现实。对于光通信网络而言，超高速度、超大容量和超长距离一直是人类追求和奋斗的目标。全光网络则是人类在光通讯方面上的最终目标。

目前，光通信网络正在迅速发展，规模不断扩大，容量迅速增加，服务日益增多，应用日益灵活，需求日益多样化。新型的超高速、超大容量和超长距离光传输机理与模式已成为未来光通信技术领域中非常重要的一面。当局预测，到2030年，全球网络数据流量和人均网络数据流量将比2010年增加1000倍。作为互联网和通信网络基础的光传输网络将不断面临传输大量数据的压力，扩大网络容量已经是势在必行。作为新型光学通信方式，“三超”光通讯刺激着下一代互联网、移动通信网络和宽带光纤传输的快速发展，同时也将成为新时代国际高科技知识产权竞争的焦点与热点。

2.光纖传输网络的发展

随着1977年光纤首次被应用在长距离传输中，美国电话电报公司（45Mbit/s）和英国邮局（8.4Mbit/s）先后使用多模光纤实现了实时电话信号的传输。如果以40年的时间跨度来看，光纤传输系统按照主流技术的发展可以划分为4个阶段，即电光再生技术（1977—1995年）、光放大与色散管理技术（1995—2008年）、相干通信技术（2008年至今）和空间复用技术（2008年至今）。

早期的光纤传输系统每经过一段光纤都需要采用电学的方式对光信号进行再生，其容量取决于收发器的接口速率，即收发器能够支持的净比特率。这种接口速率在商业系统和研究实验中的增长都非常缓慢。直到EDFA的发明以及在20世纪90年代WDM技术的出现，商用光纤通信系统的传输容量从20世纪90年代中期到2000年早期，每年都增加一倍。

3.“三超”传输技术

3.1 波分复用技术

波分复用技术是光纤通信中非常重要的技术，也是光纤通信中的重要构成部分，该技术能够利用激光器的不同频带在光纤中同时传输不同的信息。因此，波分复用技术能够最大限度地利用单一模式光纤中的低损耗窗的带宽，但是其中带宽的利用潜力很大。波分复用技术作为尖端的光纤通信技术，因为能够在更深的水平上强化光纤传输系统的整体传输容量，所以正在引起人们的注意。

3.2 正交频分复用

鉴于OFDM的技术优势，将其引入到光纤通信系统中是近年来的一个研究热点，实验表明在不采用任何补偿的情况下，采用OFDM技术的单模光纤通信系统可以将10Ghi/s信号传输100km以上，可见OFDM技术的引人可明显改善光纤通信系统性能。

3.3 光时分复用

OTDM可以克服放大器级联带来的增益不均匀和光纤非线性的限制。在未来的全光交换和全光路由网络中，OTDM技术的一些特点使其作为全光网络的关键技术之一更具吸引力，如方便的上、下声道，可应用于局域网络和骨干网。目前，基于OTDM的传输速率可以达到每秒兆位。但是，OTDM必须采用超短脉冲归零码，占用较宽的频段，色散和色散斜率的影响相对较大。OTDM传输系统的关键技术包括超短光脉冲产生技术、全光时分复用/多路复用技术和超高速时间测定技术。因此，人们正在开发各种高速逻辑单元的全光控制，如皮秒级速度的超高速全光开关。

3.4 偏振复用

根据单模光纤中光传输的偏振特性，将传输波长的两个相互独立且正交的偏振态作为独立的信道，分别传输两个信号，这样可使系统容量和频谱利用率成倍提高。偏振复用后，两偏振光的偏振状态信号将改变纤维应力的影响下，在偏振模色散（PMD）偏振相关损耗（PDL）长距离光纤传输后和其他因素作用下，使光信号的偏振状态到达接收端随时间迅速变化。这就要求多路复用器能够自动调整自身，从而能够分辨出两个彼此正交的极化通道。目前，极化复用技术面临的关键挑战是如何实现信号的多路复用。

4 结语

目前大型商用光纤通信系统的传输速度从45Mbps增加到10Gbps，光纤通信技术的发展目标是将来10年间光纤通信速度提高到2000倍。现在的发展趋势是提高传输速度，超高速传输技术是未来光纤通信的趋势。在光纤通信信息传输的途中，在通常情况下，如果传输效率提高4倍，则会削减3至4成的成本，因此今后的光纤通信技术将不断提高通信传输速度，提高传输效率，同时提高集成度，降低成本，提高效率。提高人对信息传输的需求。

现在，金属网络通信系统的容量几乎技术性地不能提高了，升级的余地剩余少了，要提高通信容量，必须大量研究和开发光纤通信技术，开发光纤可用性。大面积，建设高容量光纤通信系统，将成为今后长期通信技术发展的主要方向。

随着与日聚进的信息化服务和人类社会的不断发展，互联网和多媒体网络的业务量正在以指数级的速度迅速膨胀增长。光纤通讯系统，作为大数据信息平台，将未来的信息社会发挥非常重要的作用。光纤通信技术的发展也在稳步增长。根据当前光纤通讯的发展趋势来，随着光纤通信技术的发展与不断推进，光纤通信的无疑将成为未来发展的主潮流，“三超”光纤通讯系统更是重中之重。随着人类技术水平的不断提高，一个真正的全光网络时代也将到来。

参考文献：

[1]唐玉麟.波分多路复用-纤维光学系统的新应用[J].光通信术.1982（02）.

[2]张昕.波分复用技术原理及应用[J].科技致富向导.2010（12）.

[3]潘常军.《光纤通信传输技术的应用和发展趋势》（武汉烽火锐拓科技有限公司）.互联网+术Internet echnology.

[4]李剑.《光纤通信技术的应用和发展趋势》. Internet Communication.

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